01、背景介紹

在過去的十年中，熱二極管在許多領域得到了廣泛的研究，包括新能源、傳感器，特別是集成電路(ICs)熱管理。熱整流(TR)效應作為熱二極管性能的關鍵因素之一，受到了廣泛關注。到目前為止，已有許多方法致力于構建TR效應，其中一種方法是將兩種導熱系數不同的材料結合起來。近年來，電子器件的尺寸進一步縮小，甚至縮小到納米尺度，這對于研究納米材料的TR現象至關重要。

考慮到成本和特殊的晶體結構，二維石墨烯異質結構在構建熱整流方面顯示出巨大的潛力，氮化硼晶體在結構上與石墨烯非常相似，石墨烯/氮化硼異質結構是熱二極管的潛在材料。許多研究結果表明，低溫、溫度偏差大、樣品長度短、界面密度小是熱還原的最佳條件，已經取得了一些進展，然而，單層石墨烯/氮化硼異質結構熱整流比的長度依賴性研究仍處于起步階段。

02、成果簡介

杭州電子科技大學董源教授團隊提出了一個基于二維石墨烯/氮化硼的高效熱二極管。利用非平衡分子動力學（NEMD）研究了ReaxFF電位下15-150 nm石墨烯/氮化硼納米片的界面熱輸運特性。團隊一直致力于ReaxFF電位的分子動力學模擬，之前的工作證明了ReaxFF勢在計算低維材料熱傳導方面的優勢。結果表明:熱整流存在，且整流率隨長度的增加而增大。此外，通過光子光譜詳細分析了熱整流的來源，從振動模態的角度研究了熱整流比的長度依賴性，此項工作將有助于集成電路的熱管理。研究成果以“Graphene and 2D Hexagonal Boron Nitride Heterostructure for Thermal Management in Actively Tunable Manner”為題發表于《Nanomaterials》期刊。

03、圖文速覽

(a)納米片熱二極管模擬系統，由石墨烯和氮化硼(BN)按相等比例連接而成。紅色和藍色虛線分別代表加熱區域和冷卻區域。熱量從石墨烯流向氮化硼(正向)或從氮化硼流向石墨烯(反向)。(b) 50 nm長系統熱平衡后達到穩態的溫度分布。紅色的數據點表示正向方向，藍色的數據點表示反向方向。(c) C-B-N鍵形成的界面圖。

碳(C)和氮化硼(BN)原子的正向和反向PDOS曲線。(a,b)中間的平面方向(純C/BN中間區域的原子單位);(c,d)界面面內方向;(e,f)中間離面方向;(g,h)界面的平面外方向。

C和BN原子間正向和反向PDOS的CCF。(a)中間面內方向;(b)界面面內方向;(c)中間離面方向;(d)界面的平面外方向。

15、25、50、75、100、150 nm的石墨烯/氮化硼的前后界面熱導及相應的整流比。

碳原子和BN原子在界面(前后)的面外PDOS曲線 (a,b)石墨烯/BN-25 nm;(c,d)石墨烯/BN-100 nm。

C和BN原子間正向和反向PDOS的CCF (a)面外25 nm -石墨烯/BN;(b)面外100nm石墨烯/BN。

審核編輯：郭婷